EUV: maszyna za 350 milionów, której nikt nie potrafi powtórzyć

Bez jednego urządzenia nie powstanie żaden nowoczesny procesor do AI. heise online w materiale o TSMC i t3n.de w tekście o litografii EUV opisują, dlaczego ta maszyna jest wąskim gardłem całej branży.

Zacznijmy od skali. Nazwy procesów technologicznych, takie jak „3 nanometry” czy „2 nanometry”, nie mają nic wspólnego z rzeczywistymi wymiarami struktur. To nazwy generacji. Realne elementy mają około 20 nanometrów. Koronawirus ma około 100 nanometrów, a ludzki włos 80 tysięcy nanometrów grubości. W jednym z aktualnych układów Apple mieści się na powierzchni mniejszej niż paznokieć około 20 miliardów tranzystorów.

Jak się to robi? Litografia jest fotografią odwróconą. Na płytkę krzemową o średnicy 30 centymetrów nakłada się światłoczuły lakier, rzuca się na niego światłem wzór, wywołuje i trawi. Potem przychodzi kolejna warstwa, i tak 80 albo 100 razy jedna na drugiej. Problem w tym, że nie da się naświetlić struktur dużo mniejszych niż długość fali światła. Przez dekady używano promieniowania ultrafioletowego o fali 193 nanometrów i wyciskano je sztuczkami: wielokrotnym naświetlaniem i warstwą wody. Kiedy to przestało wystarczać, sięgnięto po EUV, światło ekstremalnie ultrafioletowe o fali 13,5 nanometra.

Jak powstaje światło

Maszyny potrafiące wytworzyć takie światło buduje dokładnie jedna firma na świecie: ASML z Holandii. Jeden egzemplarz kosztuje od 200 milionów euro wzwyż, a najnowsza generacja raczej około 350 milionów. Urządzenie waży 200 ton, a na budowę przyjeżdżają trzy samoloty transportowe Boeing 747 i kilka ciężarówek.

Wytwarzanie światła brzmi jak eksperyment, którym jest. Przez próżnię przelatuje kropelka płynnej cyny, w którą dwa razy trafia laser: pierwszy strzał spłaszcza kroplę, drugi odparowuje ją w plazmę, a ta na krótko świeci w zakresie EUV. Maszyna robi to 50 tysięcy razy na sekundę. Światło jest tak energetyczne, że zwykłe soczewki po prostu by je pochłonęły, więc zamiast soczewek są lustra. Wykonuje je Zeiss. Lustra muszą być tak gładkie, że gdyby powiększyć jedno z nich do rozmiaru Niemiec, największa nierówność miałaby jedną dziesiątą milimetra.

Dlaczego nikt tego nie powtórzy

Skala inwestycji tłumaczy, dlaczego pojedynczy kraj nie jest w stanie odtworzyć całego łańcucha. heise zwraca uwagę, że dla Tajwanu TSMC działa jak „tarcza krzemowa”, a szacunki przytaczane w materiale mówią, że przerwanie produkcji w tym miejscu obniżyłoby światowy produkt brutto o około 10 procent. W tle krążą też sprawy polityczne: t3n wspomina o oskarżeniach administracji USA, że do Chin trafiła jedna zaawansowana maszyna EUV. Już sam ten fakt pokazuje, jak strategicznym dobrem jest ten sprzęt.

Dla odbiorcy w Europie to nie tylko ciekawostka techniczna. Holenderski monopol na litografię i niemieckie lustra to jedyne ogniwa światowego łańcucha układów scalonych, w których Europa nadal ma pozycję nie do obejścia. Reszta, czyli projektowanie, produkcja i pakowanie, rozłożyła się na Tajwan, Koreę, USA i Chiny. To zarazem najlepszy argument w europejskiej dyskusji o suwerenności technologicznej i najsłabszy punkt: wystarczy jeden konflikt wokół Cieśniny Tajwańskiej, by cały łańcuch przestał działać.